物理学家探测到第四维度的迹象

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理论上，除三维空间外，还存在更高的维度。第一条相关线索来自爱因斯坦的狭义相对论。通常，当我们谈论第四维度时，指的是时空。但这里，我们所说的第四维度是空间维度，但非平行宇宙。

科学家认为，即便存在其它维度，人类大脑也未必能够感受到它们。我们能够从数学上描述第四维度，但也许永远无法亲身体验。然而，科学家从未放弃寻找更高维度的证据。

怎样才能探测第四维度呢？如今，一个美国团队和一个欧洲团队利用量子霍尔效应，进行了两项实验。他们从二维实验中，发现了四维世界的迹象。首先解释下霍尔效应。电流通过导体材料时，电子会朝一个方向运动。当磁场垂直施加于导体材料时，电子会由于洛伦兹力而向左或向右偏转，并在导体两端形成电势差。霍尔效应使电子形成二维系统。量子霍尔效应发生在量子水平，要么材料处于极低温度，要么磁场非常强。此时，电势差不呈线性增长，而呈跳跃式增长。

根据数学计算，四维系统的量子霍尔效应是可探测的。我们虽然没有四维空间系统，但却能够从低维系统中发现四维量子霍尔效应。三维物体能够投下二维影子，那么四维物体也应该能够投下三维影子。我们能够从二维影子中了解三维物体，那么也应该能够从三维影子中了解四维物体。两个研究团队采用激光，窥见第四维度的面貌，研究成果均发表于《Nature》。

欧洲团队将铷元素冷冻到绝对零度，并用激光格困住原子。接下来，他们用更多激光刺激原子，制造量子“充电泵”。尽管原子本身没有电荷，但它们模拟了电荷的传输。原子的运动产生了微弱的变化，这种变化和第四维度的量子霍尔效应一致。

美国团队用矩形玻璃棱镜控制激光流，内含一条条通道，如同一条条光纤。他们将通道当作波导管，操纵光线，使光线像电场一样运动。当光从两端跳到拐角时，研究人员便观察到了四维系统的量子霍尔效应。

第四维度的物理现象会影响我们的三维世界。未来，科学家也许能够研究更高维度的物理学，并利用高维物理对低维世界的影响，设计出某些实用设备。

本文译自 bigthink，由 蛋花 编辑发布。
原作者：PHILIP PERRY